水分是維系植物一切生命活動的基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì),也是保證植物光合作用、呼吸作用和其他生理過程順利進(jìn)行的主要因素之一。土壤為植物供給所需水分,當(dāng)土壤濕度變化時,會影響到植物的生命狀態(tài)。精確測量土壤濕度對于植物水分盈虧程度的相關(guān)機理研究具有重要意義。在林區(qū)微環(huán)境和農(nóng)田水分的長期監(jiān)測過程中,基于介電法的土壤濕度傳感器受環(huán)境溫度高低變化影響,導(dǎo)致測量精度和準(zhǔn)確性降低�；谏鲜鲈�,本文進(jìn)行如下研究工作:1.研究鉑電阻測溫原理和土壤介電特性測量原理,分析非飽和土壤介電常數(shù)的組成,引入等效電路描述介電特性的物理模型。搭建基于駐波率原理的土壤濕度傳感器硬件電路以及PT100溫度傳感器的驅(qū)動電路和信號調(diào)理電路,并完成系統(tǒng)軟件設(shè)計。2.對所設(shè)計復(fù)合傳感器進(jìn)行綜合測試,包括硬件電路測試、調(diào)試仿真測試、標(biāo)定實驗和標(biāo)準(zhǔn)儀器的對比實驗等。由標(biāo)定實驗結(jié)果可知,復(fù)合傳感器輸出電壓值與被測量進(jìn)行線性擬合的決定系數(shù)均大于0.99,表明二者線性關(guān)系顯著。選用德國IMKO公司的TDR傳感器作為標(biāo)準(zhǔn)儀器,進(jìn)行對比實驗,本文所設(shè)計SWR 土壤濕度傳感器的誤差在±2%以內(nèi),說明二者性能相當(dāng)。3.從硬件組成和測量原理兩方面分析SWR傳感... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

溫度測量方法分類Fi多l(xiāng)re2.1Cla驪石Cationof忱1llPera切remeasul℃mentmethods

壤類型、土壤容重、外界溫度和土壤含鹽量均普遍適用，所以此模型應(yīng)用十分廣泛（朱??安寧、吉麗青等，２０１１）。土壤介電特性可以使用基于ＲＣ并聯(lián)的等效電路來進(jìn)行分??析，如圖２．２所示。??ｉ??＾?ａ??ｃ?ｉ?ｇ??ｐｉ＇ｆｌＴｉ＇Ｂｌｉ?－ｒ?＞??電流源?丨電壓表??ｂ??圖２．２?土壤介電特性物理模型等效電路??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌ??在等效電路屮，??Ｕｕｂ?＝?ｙ?（２－４）??等效導(dǎo)納ｒ由電容ｃ和電導(dǎo)ｃ？組成，其關(guān)系式為??Ｙ?＝?Ｇ?＋?ｊｅｏＣ?（２－５）??Ｃ?＝?ｓｓ〇ｋ?（２－６）??式中：Ｚ—電容Ｃ的相對介電常數(shù)；??虛數(shù)單位；??Ａ—恒定不變的常數(shù)，由探頭幾何參數(shù)確定。??令／?＝?貝ＩＪ??ｃｏｓ＾ｋ??Ｙ?＝?（２－７）??其中??１１??

１３．３９％、２０．１１％、２２．７５％、２８．８５％和３３．３２％的７個土壤樣本，在傳感器安裝過程中??確保探針和樣本可以充分接觸。設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試頻率處于４０、６０、８０、??１００、１２０、１５０ＭＨｚ等６個位置，進(jìn)行探頭阻抗的測量。測試裝置如圖２．３所示。??圖２．３信號源頻率測試實驗??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｏｆ?ｓｉｇｎａｌ?ｓｏｕｒｃｅ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｔｅｓｔ??使用Ｅｘｃｅｌ２０１３整理實驗數(shù)據(jù)并繪制成折線圖，在不同信號源頻率下，土壤體積??含水率勹探頭電抗的關(guān)系如圖２．４所示。??■５〇［??Ｇ?－１００?－?４０ＭＨｚ??＾?ｗＣ?６０ＭＨｚ??＾?－ｌ５〇?－?＾?■?８０ＭＨｚ??ｒ?—Ｋ—１００ＭＨｚ??－２００?－?／?＿＾＿１２０ＭＨｚ??＂?—Ａ—１５０ＭＨｚ??－２５０????１?１?１?１?１?１?＇??０?１０?２０?３０?４０??土壤體積含水率／％??圖２．４不同測試頻率下電抗和含水率的關(guān)系??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｒｅａｃｔａｎｃｅ?ａｎｄ?ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｓｔ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ??由實驗結(jié)果可知，同一體積含水率的實驗樣本中，測試頻率越人，波測ｉ：壤的屯??抗值越大。聯(lián)合分析不同實驗樣本，電抗值與含水率值具有單值線性關(guān)系Ｈ．Ｍ正相關(guān)。??因此

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中國水資源利用的時空分布格局探究[J]. 尹上崗,馬志飛,黃萍,吳啟焰.  華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(06)
[2]土壤水鹽介電模型對比與分析[J]. 魏龍,王維真,吳月茹,馬春鋒.  遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2017(06)
[3]基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理方法[J]. 沈靜華,裴東興,張瑜.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2017(07)
[4]我國精準(zhǔn)灌溉技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 李福強,張恒嘉,王玉才,王雅云,石媛媛,李煊.  中國水運(下半月). 2017(04)
[5]基于物聯(lián)網(wǎng)的作物智能化精準(zhǔn)灌溉技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 李明平,吳德華,王愛軍,樊銘京,馬樹升.  山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(01)
[6]土體含水率TDR測試技術(shù)的影響因素分析[J]. 張瑞國,羅強,蔣良濰,張良,張正.  傳感器與微系統(tǒng). 2016(05)
[7]提高農(nóng)業(yè)機械化水平促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 羅錫文,廖娟,胡煉,臧英,周志艷.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2016(01)
[8]駐波比法測定黃土含水量的標(biāo)定試驗研究[J]. 于永堂,張繼文,鄭建國,劉爭宏.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2015(07)
[9]基于PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的濕度傳感器溫度補償[J]. 行鴻彥,鄒水平,徐偉,張強.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2015(06)
[10]土壤多參數(shù)復(fù)合測試系統(tǒng)研究[J]. 趙燕東,李寧,皮婷婷.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2015(08)

博士論文
[1]喬木體水分的測試技術(shù)及其監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D]. 王海蘭.北京林業(yè)大學(xué) 2011
[2]土壤水分快速測量方法及其應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 趙燕東.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2002
[3]非飽和土壤介電特性測量理論與方法的研究[D]. 孫宇瑞.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2000

碩士論文
[1]基于駐波率原理的土壤水分測量技術(shù)的研究[D]. 馮磊.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：3367338